論文の概要: Lens-free Optical Detection of Thermal Motion of a Sub-millimeter Sphere
Diamagnetically Levitated in High Vacuum
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.13555v1
- Date: Fri, 28 May 2021 02:22:56 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-29 04:56:46.660824
- Title: Lens-free Optical Detection of Thermal Motion of a Sub-millimeter Sphere
Diamagnetically Levitated in High Vacuum
- Title（参考訳）: 高真空下で磁気浮上したサブミリ球の熱運動のレンズレス光検出
- Authors: Fang Xiong, Peiran Yin, Tong Wu, Han Xie, Rui Li, Yingchun Leng, Yanan
Li, Changkui Duan, Xi Kong, Pu Huang and Jiangfeng Du
- Abstract要約: 本稿では,ミリ波またはサブミリ波浮揚発振器の動作を検出するために,レンズレス光検出方式を提案する。
このシステムに基づいて、推定加速感度9.7倍10-10rm g/sqrtHz$が達成され、レビテーションされた機械システムによって報告される最高の値よりも1桁以上改善される。
この結果は、ミリメートルまたはサブミリメートルの範囲におけるエキゾチック相互作用の研究や、コンパクト重力計と加速度計の実現に潜在的な応用が期待できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 18.549920524271364
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Levitated oscillators with millimeter or sub-millimeter size are particularly
attractive due to their potential role in studying various fundamental problems
and practical applications. One of the crucial issues towards these goals is to
achieve efficient measurements of oscillator motion, while this remains a
challenge. Here we theoretically propose a lens-free optical detection scheme,
which can be used to detect the motion of a millimeter or sub-millimeter
levitated oscillator with a measurement efficiency close to the standard
quantum limit with a modest optical power. We demonstrate experimentally this
scheme on a 0.5 mm diameter micro-sphere that is diamagnetically levitated
under high vacuum and room temperature, and the thermal motion is detected with
high precision. Based on this system, an estimated acceleration sensitivity of
$9.7 \times 10^{-10}\rm g/\sqrt{Hz}$ is achieved, which is more than one order
improvement over the best value reported by the levitated mechanical system.
Due to the stability of the system, the minimum resolved acceleration of
$3.5\times 10^{-12}\rm g$ is reached with measurement times of $10^5$ s. This
result is expected to have potential applications in the study of exotic
interactions in the millimeter or sub-millimeter range and the realization of
compact gravimeter and accelerometer.
- Abstract（参考訳）: ミリ波またはサブミリ波の発振器は、様々な基本的な問題や実用的な応用を研究する上での潜在的な役割のために特に魅力的である。
これらの目標に対する重要な問題の1つは、振動子の運動を効率的に測定することである。
ここでは,光学パワーの標準量子限界に近い測定効率で,ミリ波またはサブミリ波浮遊発振器の動作を検出するために,レンズレス光検出方式を提案する。
本研究では,高真空および室温下で反磁性的に浮揚される0.5mmの微小球面上に実験を行い,その熱運動を高精度に検出する。
このシステムに基づいて、9.7 \times 10^{-10}\rm g/\sqrt{Hz}$と推定される加速感度が達成され、レビテーションされた機械システムによって報告される最高の値よりも1桁以上改善される。
システムの安定性のため、最小分解速度は$3.5\times 10^{-12}\rm g$であり、測定時間は10^5$ sである。
この結果は、ミリメートルまたはサブミリメートルの範囲におけるエキゾチック相互作用の研究や、コンパクト重力計と加速度計の実現に潜在的な応用が期待できる。
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